垂直磁性隧道结中磁性电极材料的第一性原理计算研究

发布时间：2024-04-19 22:21

　　磁性隧道结是自旋电子学领域的一种核心元件,为了满足下一代磁性随机存储器低电流密度翻转、高热稳定性和高密度非易失性存储的的要求,新型的垂直磁性隧道结为其发展提供了可能。近几年,对垂直磁性隧道结的研究逐渐增多,但对垂直磁各向异性机理的研究仍需加强。此外,在垂直磁性隧道结中隧穿磁电阻效应一般都比较小,提升垂直磁性隧道结的磁电阻效应也是人们关心的另一个问题。本论文通过第一性原理计算的方法研究不同异质结构的磁各向异性以及垂直磁性隧道结的磁电阻效应,主要的研究成果如下:1.对于Co/Graphene和Co/BN异质结构,研究发现它们的垂直磁各向异性与单纯的Co薄膜相比分别会提升47.9%和下降19.9%。通过对不同层的磁各向异性分析,发现界面以及表面的Co原子对Co/Graphene和Co/BN异质结构磁各向异性提供了最主要贡献。进一步地,我们探讨了应力对两种异质结构磁各向异性的影响,结果显示压力达到-2%后,磁各向异性会有一个跳变。产生的原因是此时Co与Graphene(BN)之间的距离增大到⁴?,Co与Graphene(BN)之间没有较强的成键作用,而是仅仅通过范德华力相...

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.11988年A.Fert研究GMR效应的实验结果：三种不同厚度的[Fe/Cr]多层膜在4.2K温度下的电阻-磁场曲线

现信息的处理不同，自旋电子学中对自旋自由度的处理和调控高数据存储密度、提高信息的处理速度、提高数据保存的时间能。自旋电子学是一门以磁学、电子学、信息学以及材料科学交叉学科，其研究的核心内容包括自旋的注入、自旋的输运、间的相互转化以及自旋的探测和调控等相关问题。般认为自旋电子学起源....

图1.2GMR结构中两个铁磁层反平行排列与平行排列传导电子在磁性层中的散射示意图

吉林大学博士学位论文巨磁电阻效应与电子的自旋相关散射有关。在传统的非磁性金属中，传导电子的散射是与自旋状态无关的，两种自旋方向不同的电子在传导过程中的电阻率相同。但在磁性金属中，传导电子还会受到局域磁矩的散射，不同自旋方向的电子具有的能带结构和态密度不同，如果忽略其他影响，其原理....

图1.3左图为4.2K下Fe/Ge/Co多层膜的电导随着偏压的依赖关系，其中Ge层的厚度为10nm

磁性金属换成绝缘体(Insulator)，则构成了磁性隧道结(MagneticTunnelingJunctions,MTJ)结构。同样地，在磁性隧道结中，当绝缘体两侧的磁性层的磁矩呈现平行(parallel)与反平行(antiparallel)排列时其电阻值有明显的差别，我们....

图1.4TMR效应Julliere模型的示意图

吉林大学博士学位论文隧穿过程衰减速率也相同，由此可以假定平行态和反平行态下的隧穿电导与两个电极费米面处的电子态密度的乘积成正比，因此隧穿磁电阻率与电极的极化率有如下关系：1212121122122111pappapapGGGNNNNPPTM....

本文编号：3958460